Növényi arabinogalaktán-oligoszacharidok szintézise – irodalmi áttekintés

A növényi arabingalaktánok kémia szintézise különböző kutatócsoportoknál szinte egyidőben kezdődött az 1990-es évek végén. E szintetikus munkákat részben az Echinacea purpurea immunstimuláló hatásával foglalkozó kutatások ösztönözték, amelyek arabinogalaktán-oligoszacharidokhoz kötötték a gyógynövény biológiai aktivitását. A másik motiváló tényezőt a növényi sejtfal szerkezetének immunológiai vizsgálatához nyert monoklonális antitestek jelentették, mivel számos esetben arabinogalaktánok voltak a feltételezett epitópok. A szintetikus munkák célja 2-es vagy 3-as helyzetben -L -arabinofuranozil elágazást hordozó (1-3)- és (1-6)- -D-galaktán alapvázú oligoszacharidok előállítása volt. Mai ismereteink szerint a növényi arabinogalaktánokban az arabinofuranóz-elágazások a galaktán oldalláncokhoz kizárólag -(1-3)-kötéssel kapcsolódnak. Az 1990-es években azonban az volt a feltételezés, hogy a galaktóz 2-OH, és 3-OH csoportja egyaránt

Az első szintetikus arabinogalaktánokat van Boom és munkatársai állították elő⁶⁹ a hegyi juhar pektin-poliszacharidjai ellen termelődött monoklonális antitest⁶⁸ szénhidrát epitópjának azonosítása céljából. Három regioizomer tetraszacharidot állítottak elő 11-metoxikarbonilundecil glikozid formájában, amelyekben az azonos -(1-6)-trigalaktán váz első, második vagy harmadik egységének 2-es hidroxilcsoportjához kapcsolódott -kötéssel egy arabinofuranozil egység (14. ábra).

14. ábra. A van Boom csoport által előállított arabinogalaktánok szerkezete

A három szerkezeti izomer főláncának szintéziséhez (15. ábra) a 6-os helyzetben szelektíven eltávolítható szilil védőcsoportot tartalmazó 1,2-anhidrogalaktózt (5) használták glikozil donorként, s ezzel egy nagyszerű módszert dolgoztak ki 2-helyzetben elágazást tartalmazó oligoszacharidok szintézisére. A megfelelően védett glikálból (4) dimetildioxiránnal in situ előállított 1,2-anhidrogalaktózt (5) először összekapcsolták a 11-metoxikarbonil-undekanol hídmolekulával; a reakcióban képződött a kívánt -glikozid és egyúttal felszabadult a 2-OH csoport. Az így nyert 6 intermediert kétféleképpen alakították tovább: kialakították az arabinozil elágazást vagy benzoillel védték a 2-OH csoportot. Ezt követően mindkét vegyületről eltávolították a 6-os szilil védőcsoportot, majd az 5 donorral galaktozilezték a két akceptort. A glikozilezési lépésben ismét felszabadult a 2-helyzetű hidroxilcsoport, így a képződött diszacharidon (8) és triszacharidon (9) ismét elvégezhették az előbbi reakciósort (i-iii) oly módon, hogy a 8 vegyületből 2’-O-benzoil és 2’-O-arabinozil származékot is előállítottak, míg a 9-et csak benzoilezték. A deszililezés és lánchosszabbítás után így két tetraszacharidot (10, 11) és egy trigalaktánt (12) nyertek, szabad 2-hidroxillal a terminális galaktóz egységen. A 12 trigalaktánt arabinozilezték, majd a három regioizomer tetraszacharidról (10, 11és 13) eltávolították a védőcsoportokat, és izolálták a célvegyületeket.

15. ábra. A van Boom csoport által előállított arabinogalaktán tetraszacharidok szintézise

A van Boom csoport által előállított 1 vegyülettel analóg tetraszacharidot (23) állítottak elő kínai kutatók dodecil-glikozid formájában (16. ábra).⁷⁰ A megfelelően védett dodecil galaktozidot (14) 2-es helyzetben arabinozilezték ( 16), majd a 6-os hidroxilt felszabadították, és az így nyert diszacharid akceptort (17) egy peracetilezett digalaktozil-imidáttal (21) glikozilezték. A szintézis célja az Albersheim csoport által leírt monoklonális antitest⁶⁸ minimális epitópjának meghatározása volt.

16. ábra. A Kong csoport által előállított arabinogalaktán szintézise

Ugyanez a kínai csoport változatos szerkezetű, 4-20 monoszacharidból álló arabinogalaktánokat állított elő. Az alapváz minden esetben (1-6)- -galaktán lánc volt, melynek minden második vagy harmadik egysége hordozott 2-es vagy 3-as helyzetben elágazást.^71-74 A szintézis lényege a különböző stabilitású észter védőcsoportok kombinációja volt: állandó védőcsoportként benzoátot alkalmaztak, a láncelágazási pontokat a benzoil mellől szelektíven eltávolítható acetil-csoporttal védték. Ilyen módon állították elő a 17. ábrán látható tetraszacharidokat.⁷² A kiindulási digalaktozidot (24) savas közegben dezacetilezték, a reagens az acetilkloridból metanolban in situ képződő sósav volt, amely lassú reakcióban szelektíven lehasította a benzoilek mellől az acetil csoportokat, a képződő akceptor (25) így a lánchosszabbítás (6’-OH) és a láncelágazás (2’-OH) helyén is szabad hidroxilcsoportokat tartalmazott. A primer hidroxil lényegesen nagyobb reaktivitását kihasználva először regioszelektív glikozilezéssel meghosszabították a galaktán láncot, majd kialakították az arabinozil elágazást (28). A tetraszacharidot egy lépésben glikozil akceptorrá (29), kétlépéses

reakcióban pedig donorrá (30) alakították át, és a későbbiekben felhasználták váltakozóan (1-2)- és (1-3)- -L-arabinofuranozil elágazást hordozó arabinogalaktánok szintézisére.

17. ábra. Kong csoport: -(1-2)-arabinofuranozil elágazást tartalmazó tetraszacharidok

Az 1-3 láncelágazás kialakításához (18. ábra) a 31 digalaktóz donor 3-OH csoportját időlegesen allil-éter formában védték.⁷³ Állandó védőcsoportként ebben az esetben is benzoilt alkalmaztak, és acetilezéssel biztosították a 6’-hidroxil szelektív felszabadíthatóságát. A tioglikozid donort a 32 galaktozidhoz kapcsolták, a kapott triszacharidról (33) eltávolították az allil védőcsoportot és kialakították az arabinozil elágazást (34). A tetraszacharidból végül a szokásos módon donort (36) és akceptort (35) állítottak elő.

18. ábra. Kong csoport: -(1-3)-arabinofuranozil elágazást tartalmazó tetraszacharidok

A 17. és 18. ábrán bemutatott négy tetraszacharid építőelem (29, 30, 35 és 36) váltakozó összekapcsolásával 15 galaktóz egységből felépülő, 5 arabinóz elágazást tartalmazó eikozaszacharidot állítottak elő (19. ábra).⁷⁴ A kizárólag észter védőcsoportokat tartalmazó 37 vegyületből egyetlen dezacilezési lépéssel megkapták a szabad végterméket p-metoxifenil-glikozid formájában.

19. ábra: Kong csoport: váltakozó, (1-2)- és (1-3)-arabinozil elágazást tartalmazó védett eikozaszacharid szerkezete

A fent bemutatott stratégia^71-74 hátránya, hogy a megfelelően védett kiindulási diszacharidok szintézise elég hosszadalmas, peracetilezett galaktózból kiindulva 12-14 lépést igényel. A módszer előnye, hogy a tetraszacharid építőelemek gyorsan és hatékonyan állíthatók elő, és nagy varációs lehetőséggel kapcsolhatók össze.

Egy másik kínai kutatócsoport 1,2:5,6-di-O-izopropilidén- -D-galaktofuranóz (20.

ábra) felhasználásával hatékony eljárást dolgozott ki 3-as helyzetű elágazást tartalmazó galaktánok szintézisére.⁷⁵ Először a kiindulási vegyület jó hozamú szintézisét kellett megoldaniuk, hiszen közismert, hogy a galaktóz acetonnal végzett acetálozási reakciójában a piranózgyűrűs forma (19) a főtermék. Kihasználva, hogy a magasabb hőmérséklet a furanózgyűrűs forma kialakulásának kedvez, DMF-aceton elegyben refluxhőmérsékleten végezték a reakciót, így 50%-os hozammal képződött a furanózgyűrűs acetálszármazék (39), amit sikerült kristályosítással kinyerniük a reakcióelegyből.

20. ábra. Az 1,2:5,6-di-O-izopropilidén- -D-galaktofuranóz (39) szintézise

Az arabinogalaktánok szintézisénél (21. ábra) a 39 vegyület szabad 3-as hidroxilját arabinozilezték, szelektíven eltávolították a labilisabb 5,6-acetál csoportot, és a képződött diol (40) primer hidroxilcsoportját szelektíven galaktozilezték kétféle donor molekulával (40+41→42 és 40+43→44). A 42 triszacharidot négy lépésben donorrá alakították, a 44 detritilezésével pedig akceptort állítottak elő egy 3+3 blokkszintézishez (45+46), ami jó hozammal adta a két arabinóz elágazást tartalmazó tetragalaktán célvegyületet (47).

21. ábra. Galaktofuranózból kiinduló szintézis (1-3)-arabinozil elágazás kialakítására

Saját munkánkon kívül mindössze az itt bemutatott szintézisek léteznek 2)- és (1-3)-arabinozil elágazású növényi arabinogalaktánokra. Ezek közül a van Boom csoport 1998-as munkája volt az első, ezt követték a mi publikációink 1999 és 2003 között, a két kínai csoport pedig 2000-2005-ben közölte eredményeit.

3.4. Arabinogalaktán oligoszacharid-sorozat moduláris szintézise - Saját